Processos de Fundição

Transcrição

1 Processos de Fundição

2 O Molde

3 O Molde (partes básicas)

4 Tipos de Moldes Colapsáveis são quebrados para retirada das peças 1 molde = 1 peça ou conjunto de peças Permanentes são abertos para retirada das peças e reutilizados 1 molde = milhares de peças

5 Tipos de Moldes Colapsáveis (as cavidades são feitas utilizando-se modelos) Areia Gesso Cerâmicos Permanentes (as cavidades são feitas por usinagem) Aço FoFo Cobre etc.

6 Moldagem em areia Areia com ligantes: Areia + bentonita(areia verde) Areia + cimento Areia + ligante de cura a frio Silicato de sódio, resinas orgânicas Areia + ligante de cura a quente Resinas orgânicas Areia sem ligantes

7 Modelos Materiais Madeira Metálicos Poliméricos São montados em placas de moldagem, os mais comuns são os bipartidos

8 Características dos materiais usados em modelos

9 Moldagem em Caixa (areia verde ou cura a frio)

10 Areia verde Areia lavada e com granulometriacontrolada (classificada segundo a AFS) Bentonita(mistura de argilominerais, principalmente montmorilonita) Água Aditivos: grafite (lubrificante), amido, etc. Composição típica: 80% areia, 15% bentonita e 5% água

11 Variações Molde estufado molde originalmente de areia verde mas seco em estufa Molde seco ao ar molde originalmente de areia verde mas com a superfície seca ao ar Molde seco àchama ou ar quente molde originalmente de areia verde mas com a superfície seca por chama ou passagem forçada de ar quente

12 Vantagens e desvantagens da areia verde Vantagens Desvantagens -Éo molde mais barato de todos - Há menor distorção porque não precisa ser aquecido - As caixas de moldagem podem ser rapidamente reutilizadas - Boa estabilidade dimensional - Menor incidência de trincas a quente -A areia émais facilmente reciclada - Controle da areia é mais difícil do que nos outros processos -Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho - Menor acabamento superficial que piora para peças maiores - Menor precisão dimensional que diminui com o tamanho da peça

13 Areia com resina de cura a frio Areia + Resina + catalisador Exemplos de resinas usadas Fenólicas Furânicas Poliuretânicas Resol-éster Alquídica-uretânica Poliuretano vegetal (biodegradável)

14 Vantagens e Desvantagens Vantagens Melhor acabamento superficial Maior resistência do molde (peças maiores) Maior resistência à erosão Desvantagens Maior custo do molde Maior tempo de moldagem Várias resinas são tóxicas Dificulta a reciclagem da areia Problemas ambientais com descarte

15 Moldagem em areia Compactação Automatizada

16 Moldagem em areia sem caixa Automação (processo Disamatic)

17 Moldagem em Casca Shell Molding(cura a quente)

18 Moldagem em Casca Shell Molding(cura a quente) Exemplo

19 Vantagens e Desvantagens Vantagens Melhor acabamento superficial Maior velocidade de produção Pode ser automatizado Maior resistência à erosão Menor quantidade de areia na moldagem Moldes mais leves Desvantagens Maior custo de equipamento e modelos Limitado a peças bipartidas Dificulta reciclagem da areia Resina é tóxica Problemas ambientais com descarte

20 Areia com resina de cura a quente Muito usada na confecção de machos Machos são moldados em caixas (box) Warm-box(caixa-morna) Resinas furânicas ou álcool furfurílico Catalisadores: sais de cobre Hot-box(caixa-quente), requer aquecimento posterior à moldagem Resinas fenólicas ou furânicas Catalisadores: cloretos e nitratos Obs.: são resinas similares ao processo shell

21 Molde Soprado (areia de cura a frio com gás)

22 Areia de cura a frio com gás Muito usada na fabricação de machos Machos moldados em caixas (cold-box) Areia + ligante + gás lingante inorgânico Silicato de sódio + CO 2 ligante orgânico Resina Fenoluretânica+ vapor de amina (dimetilamina ou trimetilamina) Resina Epoxiacrílica + dióxido de enxofre

23 Vantagens e desvantagens Vantagens Melhor acabamento superficial Melhor colapsabilidade do molde Melhor resistência à erosão Maior produtividade Areia que não sofreu ação do gás pode ser reutilizada Desvantagens Maior custo do molde e equipamento Resinas e gases tóxicos Difícil reciclagem da areia que foi curada Problemas ambientais com descarte

24 Filmes Link 1 Link 2

25 Moldagem a vácuo (areia sem ligante)

26 Molde cheio lost-foam(areia sem ligante) PS expandido (isopor)

27 Molde cheio (lost-foam)

28 Molde cheio (lost-foam)

29 Comparação entre processos p/ ferrosos

30 Comparação entre processos p/ ligas de Al Processo Capacidade Produção Tolerâncias Acabamento da Superfície (µm) Custo de Maquinário Molde cheio De 0,05 a 150 Kg ± 0,001 a 0,25 m ±0,0007/metro RMS $8000 a $ Cera Perdida 0,05 a 10 Kg ± 0,001 a 0,127m ±.0,0007/metro RMS $4000 a $40000 Fundição em Areia 0,03 a toneladas ± 0,007 a 1,5 m ±.0,0007/metro RMS $1000 a $10000 Injeção 0,05 a 10 Kg ± 0,0005/metro RMS $10000 a $ Molde Permanente 0,5 a 50 Kg ± 0,003 a 0,25 m ±.0,0005/metro RMS $12000 a $100000

31 Molde Cerâmico

32 Cera perdida (Fundição de Precisão)

33 Cera perdida (Fundição de Precisão)

34 CeraPerdida(filme) Parte 1 Parte2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte6

35 Exemplo: Cera perdida Palheta de Turbina (Solid. Direcional)

36 Fundição em Coquilha(Molde permanente) por gravidade

37 Fundição sob pressão

38 Fundição sob pressão

39 Fundição sob pressão (filmes) Link Filme 1 Link Filme 2

40 Fundição Centrífuga (horizontal)

41 Fundição centrífuga (vertical)

42 Lingotamento Contínuo

43 Lingotamento Contínuo (filme) Link

44 Reofundição/ Tixofundição

45 Reofundiçãoe Tixofundição Liga com longo intervalo de Solidificação Após agitação Comportamento Tixotrópico

46 Reofundição Tixofundição Reofundição Tixofundição Injeção da Peça Final Zona Pastosa Agitação Semi-sólido Tixotrópico Reaquecimento Solidificação de Billets Billets em estoque

47 Reofundiçãoe Tixofundição

48 Reofundiçãoe Tixofundição Usual Reofundição e Tixofundição

49 Reofundiçãoe Tixofundição Filme

50 Fundição Projetos de Moldes

51 Fluxo de calor e direção de crescimento

52 Formação da macroestrutura Filme

53 Macroestrutura Zona Coquilhada Grão Colunares Grão Equiaxiais

54 Intervalo de Solidificação e a macroestrutura Eutético ou

55 Intervalo de Solidificação e a macroestrutura

56 Intervalo de Solidificação e a macroestrutura

57 Intervalo de Solidificação e a macroestrutura

58 Contração na Solidificação

59 Contração na solidificação

60 O módulo de resfriamento Módulo de Resfriamento MR = Tempo de Solidificação TS = c. Exemplos: Volume Superfície ( MR) n 1,5 < n < 2 Calcular p/ Esfera, Chapa, Cubo, Cilindro Como maximizar MR p/ Cilindro? Comparar MR em geometrias mais complexas

61 Massalotes Usados em fundidos, ou parte de fundidos, com MR elevado Geralmente desnecessários para fundidos de paredes finas (< 6 mm) MR m > 1,2.MR f

62 Massalotes

63 Eficiência de massalotes

64 Volume do Massalote V m = α.v p /(e-α) Exemplos para massalotecilíndrico com H=1,5D (e=14%): Ligas de Al: V m = V p Aços: V m = 0,4 V p

65 Posicionamento de massalotes

66 Ligação do massaloteàpeça t = razão entre as espessuras

67 Posicionamento de Massalotes (direcionando a solidificação)

68 Exemplos Simulações em Excel

69 Mais de um massalote

70 Sistema de preenchimento Principal função: Evitar turbulência superficial Manter avanço contínuo da superfície líquida Evitar efeito cascata e a incorporação de bolhas Controlar a velocidade e evitar projeção de metal

71 Medidas de fluidez

72 Influência do tipo de liga na fluidez do metal

73 Fluidez de acordo com o intervalo de solidificação

74 Influência do super-aquecimento

75 Efeito de um avanço turbulento na superfície do metal líquido Filme de óxido

76 Efeitos de alimentação intermitente

77 Efeito cascata e projeção de metal líquido Projeção Cascata V crit 0,5 m/s p/ a maioria dos metais

78 Efeito da projeção de metal líquido

79 Efeito de mudanças bruscas de área durante o preenchimento

80 Efeito de mudanças bruscas de área durante o preenchimento

81 Inclusão de bolhas devido a sistema de alimentação incorreto

82 Exemplo Ruim Bom

83 Exemplo Ruim Bom

84 Bacia de vazamento TODOS OS CASOS ACIMA NÃO SÃO RECOMENDADOS

85 Bacia de vazamento Ruim Ruim Bom

86 Bacia de vazamento Melhor

87 Canal de descida

88 Canal de descida A 1 = A 2 H H 2 1 t = A V 2 C. 2. gh 2 t tempo de preenchimento estimado (alimentação por baixo) V volume de metal C eficiência do canal (C=1 p/ atrito zero)

89 O canal de descida e a curva do filete de metal líquido

90 Diagrama de áreas para canais de descida

91 Exemplo de uso Liga de Al Taxa de alimentação média: 1,0 Kg/s Usar taxa inicial 1,5x maior: 1,5 Kg/s H1 = 100 mm H2 = 300 mm

92 Exemplo de uso A1 450 mm 2 A2 250 mm 2 Usar 1,2.A1 para compensar erro da geometria Portanto: A1 540 mm 2

93 Base do canal de descida Ruim Ruim Ruim Bom Bom

94 Base do canal de descida

95 Base do canal de descida Ruim Ruim Ruim Bom

96 Canais de distribuição

97 Uso de filtros

98 Canais de ataque

99 Canais de ataque L 1 2h p/ Al h = 13 mm p/ ferrosos h = 10 mm Quando L 1 precisa ser maior então usar vários: N L 1 /2h

100 Canais de ataque

101 Efeito do canal de ataque em placas

102 Alimentação indireta para placas

103 Efeito de sopro do macho

104 Prevenindo o sopro do macho

105 Importante: Metal líquido de qualidade Livre de gases Livre de inclusões de escória Na composição química correta

106 Exemplo: desgaseificaçãode Al Solubilidade do H no Al

107 Exemplo: desgaseificaçãode Al

108 Exemplo: desgaseificaçãode Al

109 Bibliografiadas Aulas GARCIA, Amauri, Solidificação fundamentose aplicações, UNICAMP, 2a ed., 2007 CAMPOS FILHO, Mauricio Prates de e DAVIES, GraemeJohn. Solidificação e fundição de metais e suas ligas, Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, American Society for Metals. ASM Handbook Committee. Metals Handbook (Casting), 9a ed., vol. 15, Ohio, KIMINAMI, Claudio S.; CASTRO, WalmanB. e OLIVEIRA, Marcelo F. Introdução aos processos de fabricação de produtos metálicos, Blucher, São Paulo, KALPAKJIAN, Seropee SCHMID, Steven. Manufacturing processes for engineering materials, 5a ed., Pearson Education, New Jersey, CAMPBELL, John, Castings, Elsevier, Oxford, 2ª ed., CAMPBELL, John, Castingspractice the10 rulesofcastings, Elsevier, Oxford, 2004.